结构分析有限元程序JIGFEX和它的新发展

本文简要介绍了结构静，动力有限元分析程序ＪＩＧＦＥＸ的主要特色和它在土与结构相互作用，饱和土分析，动态子结构分析，非线性接触分析，高层建筑抗震分析，温度场与热传导分析，群论结构分析以及平稳与非稳多点随机地震激励响应分析等多方面最新发展。     

土-基础相互作用隔震体系地震随机响应分析

视地基土为各向同性的弹性半空间,用弹簧-粘性阻尼器模拟土对结构的影响,将地震激励模拟为平稳随机过程,对基础隔震体系的随机响应进行了分析。分析结果表明,地基土的性质对隔震结构有直接影响,但其影响比非隔震结构小得多。     

挡土结构物随机地震响应分析及动力可靠度研究

本文提供了一种简单的确定性数值方法,来分析在平稳随机地震荷载作用下的结构随机地震响应及动力可靠度。该方法基于有限元动力分析软件,以单位加速度脉冲函数作为地震荷载的输入,当计算出结构的脉冲响应函数后,再运用傅立叶变换得到随机激励和结构响应之间的传递函数,由此来计算结构的均方根响应和峰值响应。基于此方法,分析了挡土结构物在平稳随机地震荷载作用下的位移、弯矩、基底水平合力、基底竖向合力以及沿墙高的土压力极值的随机地震响应及动力可靠度。从分析结果可以看出:用Kanai谱模型的计算值比欧进萍谱模型的计算值更趋保守,而把响应过程当作马尔可夫过程似比泊松过程更精确。     

地基土—多自由度非线性结构相互作用体系的非平稳随机动力响应分析

本文应用一个改进的等效线性化方法探讨了地基土——多自由度非线性结构相互作用体系在随机地震荷载作用下的非平稳动力响应问题。对非线性恢复力模型采用一个具有三线性滞回特性的非线性系统。最后将在平稳Gauss过滤白噪声激励下的非平稳随机响应与Monte-carlo法的统计结果进行了比较,得出了较为满意的结果。     

全非平稳地震作用下地下空间结构随机反应及可靠度分析

为研究全非平稳地震作用下地下空间结构的随机地震反应特征及可靠度分析方法，本文基于非均匀调制演变随机过程，建立了一种同时考虑强度非平稳和频率非平稳的全非平稳随机地震动输入功率谱分析模型；利用频响函数和脉冲响应函数间的傅里叶变换关系，推导出了适用于地下空间结构随机反应分析的响应功率谱计算表达式，可结合有限元方法对全非平稳地震作用下地下空间结构进行随机反应分析．基于穿越过程为泊松过程假定，采用分部积分方法，进一步推导出了适用于首次超越破坏可靠度计算的互相关函数解析表达式．然后，本文以上海某两层三跨地铁车站为工程背景，建立土-地铁车站结构相互作用体系有限元模型，对全非平稳地震作用下地铁车站结构进行了随机反应分析和中柱可靠度分析．结果表明：在非均匀调制演变功率谱作用下，结构的响应功率谱也具有明显的演变特征；利用文中给出的互相关函数计算公式，可避开调制函数的数值微分，提高计算精度．     

一种三维饱和土-基础-结构动力相互作用分析方法

地震波入射时土与结构动力相互作用分析是地震工程领域的重要问题.由于问题的复杂性,以往的研究大多考虑地基土为干土情形.而实际工程中,土体中经常充满孔隙水,土层往往是含水层或部分含水层.孔隙水对土层的地震反应影响较大,进而影响支撑于其上的基础和上部结构的响应.因此,有必要考虑饱和土-基础-结构动力相互作用问题.基于此,土体采用Biot模型,利用集中质量显式有限元方法并结合多次透射人工边界进行模拟;结构经有限元离散后,采用Newmark隐式时步积分方法进行分析,可通过ANSYS等有限元软件实现;基础假定为刚性,采用显式时步积分进行求解;土体和结构(及基础)可分别采用不同的时间步距;通过FORTRAN程序实现了三维饱和土-基础-结构系统在地震作用下的整体分析.从饱和多孔介质动力微分方程出发可知,干土是饱和土的特殊情形,通过将流体体积模量及孔隙率置为零,可将饱和土退化到干土,从而将干土统一到饱和土的计算框架中,通过土-结构相互作用算例对此进行了验证,进一步实现了干土与饱和土混合情形时的土-结构动力相互作用分析,使得问题的模拟更贴近实际工程(如考虑地下水位情形).通过算例对比了饱和土地基、干土地基、干土覆盖饱和土地基(考虑地下水位)情形时,土-结构相互作用对基础和结构响应的影响,结果表明地下水位对基础和结构响应的影响较大.     

土中爆炸波与地下结构相互作用计算方法研究综述

土中爆炸波与结构相互作用是地下工程结构抗爆计算的理论基础,理论研究中通常在宏观试验基础上,引入合理的介质动力本构模型分析波动问题。针对工程防护中的计算模型和解析方法,综述了岩土介质中爆炸波与结构相互作用的现状和研究进展,内容包括土的动力本构模型,自由场中爆炸波的传播、爆炸波与箱型、圆柱形和直墙圆拱型等地下结构的相互作用等。重点阐述了常用的非饱和土和饱和土的动力本构模型、考虑松弛效应的土的综合弹塑性模型,一维平面波在不均匀介质和分层介质中的传播及地下结构爆炸荷载计算方面的研究成果,分析了各种模型和计算方法的适用范围和存在问题。     

土钉与复合土钉支护结构数值模拟对比分析

近几年来,复合土钉支护结构广泛应用于深基坑支护中。本文对一工程实例用SnEpFem土钉墙有限元数值分析软件,对土钉和预应力锚杆+土钉、微型桩+土钉、微型桩+预应力锚杆+土钉3种复合土钉支护结构的工作机制进行数值模拟,对比分析4种支护结构的坡面水平位移、坡顶沉降和沉降范围、坑底隆起、张拉区和塑性区范围等特点,发现:(1)与单纯土钉支护相比,复合土钉支护可以有效控制边坡变形,缩小边坡张拉区和塑性区范围,对提高边坡的稳定有利。(2)设置微型桩对坡面水平位移的控制比施加预应力的效果更好。(3)设置微型桩可以有效控制坡顶沉降,而施加预应力对坡顶沉降的影响很小。(4)4种支护结构对坑底隆起的影响趋势是一致的,量值变化很小。经过对比分析,在这一工程地质和水文地质条件下,最可靠的复合土钉支护结构是微型桩+预应力锚杆+土钉支护结构,该支护结构的变形、沉降以及张拉区和塑性区范围都是最小的,是最优的设计结构。     

高层建筑风振时地基土材料阻尼比取值范围的初探

高层建筑风振响应分析中考虑土与结构相互作用后地基土的材料阻尼比幅值是多少,这是考虑土与结构相互作用对高层建筑结构风振响应有利还是不利的关键问题.通过对无桩基桩架-剪力墙结构的顺风向风振响应分析,发现考虑土-结构相互作用时结构基础底面土体的动剪应变幅值处于弹性应变范围,根据土动力学中土的动剪应变与土的阻尼比的关系,土体的材料阻尼比较小,其值不超过0.03,据此计算出相应的结构最大层间位移和结构顶层的最大加速度比将地基视为刚性的结构有较大增长;因此,在高层结构风振响应分析中应考虑土-结构相互作用的影响.文章通过实例分析给出无桩基高层建筑土体材料阻尼比的建议值,该研究为有桩基高层建筑的土体材料阻尼比的计算提供了借鉴.     

线性随机结构在随机激励下动力响应分析

利用虚拟激励法对随机结构正交展开理论进行扩展,并在Ritz向量子空间中对扩阶系统方程进行动力聚缩,提出了一类可以快速高效地进行线性随机结构复合随机振动分析的计算方法．算例分析表明,该法可以方便地分析随机结构在平稳或非平稳随机激励下的复合随机振动问题,且分析结果与 Monte Carlo模拟分析结果符合良好;与均值参数确定性结构传统随机振动分析计算结果相比,随机结构在相同随机激励下响应自谱密度曲线具有峰值降低、谱宽增大的特点．     

结构动力分析自适应有限元方法综述

结构动力分析自适应有限元方法主要研究有限元动力分析的误差估计理论,建立适用于复杂结构动力分析的有限元网格自适应过程．介绍了结构动力问题自适应有限元方法的重要发展,包括固有振动和动响应分析的误差估计及相应的自适应策略;且简要介绍了几种现有的网格生成技术及其特点．最后指出这种方法存在的问题和今后的研究方向．     

大型渡槽动力设计方法研究

根据大型渡槽结构的特点,在缺乏适用的抗震分析模型前提下,提出支撑-渡槽-水伪三维流固耦合动力分析方法。模型基于结构动力分析理论和流固耦合分析理论,整体结构分析采用Newmark方法进行动力时程分析,分析中考虑渡槽结构整体受力性能,包括下部支撑结构、地基等多种因素的影响作用;渡槽-水耦合体子结构分析采用任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrangian Eulerian,ALE)有限元方法进行动力分析,考虑渡槽-水的耦合相互作用,模拟渡槽中水体的大幅晃动作用,相应得出渡槽中动力压力值及其分布。以某排架支撑矩形渡槽为例,采用本文提出的伪三维模型进行地震时程分析,计算结果与三维模型计算结果吻合良好。本文提出的伪三维动力分析方法计算效率高,满足渡槽结构抗震设计要求,便于工程应用,是大型渡槽结构动力分析研究和抗震设计的实用静、动力分析方法。     

Dynamic limit analysis formulation for impact simulation of structural members

This paper introduces an extended concept of limit analysis to deal with the dynamic equilibrium condition considering the inertia and strain-rate effect for dynamic behavior of structures. The conventional limit analysis method has been applied to only static collapse analysis of structures without consideration of dynamic effects in the structural behavior. A dynamic formulation for the limit analysis has been derived for incremental analysis dealing with time integration, strain and stress evaluation, strain hardening, strain-rate hardening and thermal softening. The time dependent term in the governing equation is integrated with the WBZ-α method. The dynamic material behavior is described by the Johnson–Cook model in order to consider strain-rate hardening and thermal softening as well as strain hardening. Simulations have been carried out for impact analysis of a Taylor bar and an S-rail and their numerical results are compared with elasto-plastic explicit analysis results by LS-DYNA3D. Comparison demonstrates that the dynamic finite element limit analysis can predict the crashworthiness of structural members effectively with less effort and computing time than the commercial code compared. The crashworthiness of a structure with the rate-dependent constitutive model is also compared to that with the quasi-static constitutive relation in order to investigate the dynamic effect on deformation of structures.     

Non-linear dynamic behaviour of multi-folding microstructure systems based on origami skill

This paper presents the theoretical basis for both static and dynamic numerical approaches to the elastic stability and elasto-plastic stability of a folding multi-layered truss. Both analyses are based on bifurcation theory and include geometrical non-linearity. The dynamic analysis includes an allowance for contact between nodes. Comparisons are made between elastic behaviour and elasto-plastic behaviour obtained from both numerical dynamic methods in which bifurcations are demonstrated as a theoretically elastic analysis. Our analysis reveals that several folding behaviours in the pantographic truss are identified during the elastic and elasto-plastic instabilities, where the folding behaviour of the truss is shown to be a function of the initial geometry and velocity of the dynamic loading. The authors suggest that understanding this behaviour will be very useful for developing light-weight structures subject to dynamic loading based on static bifurcation analysis and dynamic analysis.     

Dynamic photoelastic and dynamic finite-element analyses of dynamic-tear-test specimens

The transient response of the dynamic-tear-test specimen of a brittle material, Homalite-100, was investigated by dynamic photoelasticity and dynamic finite-element method. The dynamic stress-intensity factors obtained from dynamic photoelasticity and dynamic finite-element analyses were in reasonable agreement with each other. The dynamic finite-element analysis also showed that the dynamic-fracture-initiation toughness could be determined from the dynamicstrain response of a strain gage located near the crack tip in conjunction with a simple static analysis. Dynamic-fracture-toughness vs. crack-velocity relation was also obtained.     

Dynamic buckling analysis of composite cylindrical shells using a finite element based perturbation method

In this paper a finite element formulation of a reduction method for dynamic buckling analysis of imperfection-sensitive shell structures is presented. The reduction method makes use of a perturbation approach, initially developed for static buckling and later extended to dynamic buckling analysis. The implementation of a single-mode dynamic buckling analysis in a general purpose finite element code is described. The effectiveness of the approach is illustrated by application to the dynamic buckling of composite cylindrical shells under axial and radial step loads. Results of the reduction method are compared with results available in the literature. The results are also compared with full model finite element explicit dynamic analysis, and a reasonable agreement is obtained.     

Analytical analysis approach to nonlinear dynamic characteristics of hydraulically damped rubber mount for vehicle engine

This paper presents an analytical analysis approach to study of dynamic characteristics of hydraulically damped rubber mount (HDM). Analysis of experimental results verifies the effectiveness of the analytical approach. Frequency- and amplitude-dependent dynamic characteristic of HDM and superposition performance of dynamic characteristics of rubber mount, inertia track subsystem and HDM are investigated to clarify working mechanism of HDM. Parametric effect analysis is carried out on the basis of qualitative analysis and dynamic characteristic simulation, which provides useful guideline to HDM design.     

柔性机构动态可靠性分析的新方法

为了改善柔性机构动态可靠性分析的效率和精度,基于支持向量机SVM(Support Vector Machine)回归理论,提出了一种柔性机构动态可靠性分析高效率高精度的SVM回归极值法SREM(SVM Regression Extremum Method)。首先,介绍了柔性机构可靠性分析的基本理论;其次,融合蒙特卡洛法MC(Monte Carlo)和SVM回归理论,建立了柔性机构动态响应极值的代理模型,并利用代理模型进行柔性机构可靠性分析。最后,利用SREM法对柔性机构实例进行了可靠性分析,并与MC和人工神经网络ANN(Artificial Neural Networks)的分析结果进行比较。结果显示,在小样本情况下,进行柔性机构动态可靠性分析时,SREM的计算效率和计算精度都比ANN高;SREM的计算效率比MC大大提高,计算精度与MC相当。验证了在柔性机构可靠性分析中SREM的高效率和高精度,并证明了SREM在柔性机构可靠性分析中的可行性和有效行性。     

无网格动力分析的循环卷积神经网络代理模型

在无网格动力分析中,除了无网格形函数本身构造复杂引入的计算成本,还需要逐步递推求解每个时间步的动力响应,因而计算效率较为低下.本文通过研究无网格离散数据与机器学习训练样本、无网格动力分析递推计算过程与循环卷积神经网络序列信息传递模式之间的本征联系,构建了与无网格法相匹配的循环卷积神经网络设计方法,进而提出了一种无网格动...     

基于框架优选的钻机底座结构动态设计研究

建立底座的三维有限元模型，通过对底座进行结构有限元动力分析，了解到底座的动态特征．在对底座进行有限元动力分析的基础上，研究了各个基本框架对底座的动力特性的影响规律．按照分析结果，可通过框架优选对钻机底座进行结构动态设计或动力修改，所提方法有一定的实用价值，可用于指导底座的结构动态设计或动力修改．